若xx,yy是实数,ee是自然对数的底数,ex+y+2−3⩽ln⁡(y−2x+1)+3x{e}^{x+y+2}-3\leqslant\ln\left(y-2x+1\right)+3x,则2x+y=2x+y=___.

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完整解法

1. 构造函数并求导,证明常用不等式 $e^t \geqslant t+1$

令 f(t)=et−t−1f(t) = e^t - t - 1,其定义域为 R\mathbb{R}。
求导得 f′(t)=et−1f'(t) = e^t - 1。
当 t<0t < 0 时,f′(t)<0f'(t) < 0,函数 f(t)f(t) 在 (−∞,0)(-\infty, 0) 上单调递减;
当 t>0t > 0 时,f′(t)>0f'(t) > 0,函数 f(t)f(t) 在 (0,+∞)(0, +\infty) 上单调递增。
所以 f(t)⩾f(0)=0f(t) \geqslant f(0) = 0,即 et⩾t+1e^t \geqslant t+1,当且仅当 t=0t=0 时等号成立。

2. 构造函数并求导,证明常用不等式 $\ln t \leqslant t-1$

令 g(t)=ln⁡t−t+1g(t) = \ln t - t + 1,其定义域为 (0,+∞)(0, +\infty)。
求导得 g′(t)=1t−1=1−ttg'(t) = \frac{1}{t} - 1 = \frac{1-t}{t}。
当 0<t<10 < t < 1 时,g′(t)>0g'(t) > 0,函数 g(t)g(t) 在 (0,1)(0, 1) 上单调递增;
当 t>1t > 1 时,g′(t)<0g'(t) < 0,函数 g(t)g(t) 在 (1,+∞)(1, +\infty) 上单调递减。
所以 g(t)⩽g(1)=0g(t) \leqslant g(1) = 0,即 ln⁡t⩽t−1\ln t \leqslant t-1,当且仅当 t=1t=1 时等号成立。

3. 将原不等式两端利用已知不等式进行放缩,得出等号成立的条件

在 et⩾t+1e^t \geqslant t+1 中,令 t=x+y+2t = x+y+2,得 ex+y+2⩾x+y+3e^{x+y+2} \geqslant x+y+3,
即 ex+y+2−3⩾x+ye^{x+y+2} - 3 \geqslant x+y,当且仅当 x+y+2=0x+y+2 = 0 时等号成立。
在 ln⁡t⩽t−1\ln t \leqslant t-1 中,令 t=y−2x+1t = y-2x+1(其中 y−2x+1>0y-2x+1 > 0),得 ln⁡(y−2x+1)⩽y−2x\ln(y-2x+1) \leqslant y-2x,
即 ln⁡(y−2x+1)+3x⩽y−2x+3x=x+y\ln(y-2x+1) + 3x \leqslant y-2x+3x = x+y,当且仅当 y−2x+1=1  ⟹  y−2x=0y-2x+1 = 1 \implies y-2x = 0 时等号成立。
结合原不等式 ex+y+2−3⩽ln⁡(y−2x+1)+3xe^{x+y+2}-3 \leqslant \ln(y-2x+1)+3x,可得:
x+y⩽ex+y+2−3⩽ln⁡(y−2x+1)+3x⩽x+yx+y \leqslant e^{x+y+2}-3 \leqslant \ln(y-2x+1)+3x \leqslant x+y。
因此,上述不等式中的所有等号必须同时成立,
即 {x+y+2=0y−2x=0\begin{cases} x+y+2 = 0 \\ y-2x = 0 \end{cases}。

4. 解二元一次方程组,求出 $2x+y$ 的值

由方程组 {x+y=−2y=2x\begin{cases} x+y = -2 \\ y = 2x \end{cases},
将 y=2xy = 2x 代入第一式得 3x=−2  ⟹  x=−233x = -2 \implies x = -\frac{2}{3}。
进而求得 y=−43y = -\frac{4}{3}。
此时 y−2x+1=−43−2(−23)+1=1>0y-2x+1 = -\frac{4}{3} - 2\left(-\frac{2}{3}\right) + 1 = 1 > 0,对数式有意义。
因此,2x+y = 2\left(-\frac{2}{3}\right) + \left(-\frac{4}{3} ight) = -\frac{8}{3}。

答案

-\frac{8}{3}

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